CN1828863A - 晶片的分割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以将晶片沿形成了变质层的预定分割线准确地进行分割，并且可以获得抗折强度高的芯片的晶片分割方法，该分割方法包括：变质层形成工序，沿该预定分割线照射对晶片来说具有透过性的激光束，并在晶片的内部沿该预定分割线形成变质层；晶片支承工序，在实施该变质层形成工序前或实施了该变质层形成工序后，在安装于环状的框架上的保护带的表面上粘贴晶片的一个面；以及晶片断裂工序，对实施了该变质层形成工序、并粘贴于该保护带上的晶片赋予外力，沿着形成了该变质层的该预定分割线将晶片断裂为各芯片，该变质层形成工序在晶片的厚度为t时，从晶片的表面和背面分别保留厚度为0.2t～0.3t的无变质区域来形成变质层。
Description
技术领域
本发明涉及沿预定分割线分割晶片的晶片分割方法，该晶片在由表面上格子状地形成的预定分割线划分的区域形成有功能元件。
背景技术
在半导体器件制造工序中，在大致圆板形状的半导体晶片的表面上由格子状排列的被称为切割道(street)的预定分割线划分多个区域，在这个被划分的区域形成IC、LSI等的电路(功能元件)。然后，通过沿预定分割线切断半导体晶片而分割形成有电路的区域，从而制造各个半导体芯片。此外，在蓝宝石衬底的表面上层叠了光电二极管等的受光元件(功能元件)或激光二极管等的发光元件(功能元件)等的光器件晶片也通过沿预定分割线切断，而被分割为各个光电二极管、激光二极管等的光器件，并广泛地被应用于电气设备中。
上述半导体晶片或光器件晶片等的沿预定分割线的切断，通常由称为划片机的切削装置进行。这种切削装置包括：卡盘台，保持半导体晶片或光器件晶片等的被加工物；切削部件，用于切削该卡盘台保持的被加工物；以及切削进给部件，使卡盘台和切削部件相对地移动。切削部件包含主轴单元，该主轴单元具有旋转主轴、安装于该主轴上的切削刀片、及对旋转主轴进行旋转驱动的驱动机构。切削刀片包括圆盘状的底座和安装于该底座的侧面外周部的环状的切削刀刃，切削刀刃是例如通过电铸在基座上固定粒径3μm左右的金刚石磨粒，形成为厚度20μm左右。
但是，由于切削刀片具有20μm左右的厚度，所以作为划分芯片的预定分割线需要宽度为50μm左右，预定分割线相对于晶片的面积所占的面积比大，存在生产性差的问题。此外，由于蓝宝石衬底、碳化硅衬底等的莫氏硬度高，所以由上述切削刀片的切断当然也不容易。
另一方面，近年来作为分割半导体晶片等的片状的被加工物的方法，也在尝试使用对该被加工物具有透过性的脉冲激光束，在要分割区域的内部对准聚光点并照射脉冲激光束的激光加工方法。采用这种激光加工方法的分割方法，从被加工物的一个表面侧向内部对准聚光点并照射对被加工物具有透过性的红外光区域的脉冲激光束，在被加工物的内部沿预定分割线连续地形成变质层，并沿着因形成该变质层而强度下降的预定分割线施加外力，使被加工物断裂来分割(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特许第3408805号公报
然而，由于在沿着内部形成有变质层的预定分割线分割的芯片的侧面残留变质层，所以随着变质层形成的位置和厚度，芯片的抗折强度明显下降，产生芯片在其后的制造工序和做成产品后破损的问题。此外，在沿着预定分割线对形成了变质层的晶片进行分割时，随着变质层的厚度相对于变质层形成的位置和晶片的厚度的比例，用于分割所需的外力的大小和分割精度极大地变化。即，通过在晶片的一个面上露出并形成变质层，或增大变质层的厚度相对于晶片的厚度的比例，可以沿预定分割线容易分割晶片，但如上述那样被分割出的芯片的抗折强度明显地下降。另一方面，如果减小变质层的厚度相对于晶片的厚度的比例，则提高被分割出的芯片的抗折强度，但未必沿预定分割线准确地被分割，存在芯片发生破损的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题是，提供一种晶片的分割方法，沿晶片的预定分割线照射脉冲激光束而形成变质层，并沿形成了该变质层的预定分割线进行分割，可以不降低抗折强度而准确地分割。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种晶片的分割方法，将晶片沿预定分割线分割为各芯片，该晶片在表面上格子状地形成有多个上述预定分割线，并且在由该多个预定分割线划分的多个区域形成了功能元件，其特征在于，该分割方法包括：
变质层形成工序，沿该预定分割线照射对晶片来说具有透过性的激光束，并在晶片的内部沿该预定分割线形成变质层；
晶片支承工序，在实施该变质层形成工序前或实施了该变质层形成工序后，在环状的框架上安装的保护带的表面上粘贴晶片的一个面；以及
晶片断裂工序，对实施了该变质层形成工序、并粘贴于该保护带上的晶片赋予外力，沿着形成了该变质层的该预定分割线将晶片断裂为各芯片，
该变质层形成工序在晶片的厚度为t时，从晶片的表面和背面分别保留厚度为0.2t～0.3t的无变质区域而形成变质层。
该晶片的厚度优选为小于等于100μm。
发明效果
根据本发明的晶片的分割方法，由于设晶片的厚度为t时，从晶片的表面和背面分别保留厚度0.2t～0.3t的无变质区域而形成变质层，所以可以将晶片沿形成了变质层的预定分割线准确地进行分割，并且可以获得抗折强度高的芯片。
附图说明
图1是通过本发明的晶片的分割方法分割的半导体晶片的立体图；
图2是实施本发明的晶片的分割方法中的变质层形成工序的激光加工装置的主要部分立体图；
图3是简略地表示图2所示的激光加工装置中装配的激光束照射部件的结构的框图；
图4是用于说明脉冲激光束的聚光点直径的简略图；
图5是本发明的晶片的分割方法中的变质层形成工序的说明图；
图6是表示已实施本发明的晶片的分割方法中的变质层形成工序的状态的说明图；
图7是表示将已实施本发明的晶片分割方法中的变质层形成工序的晶片粘贴在环状的框架上安装的保护带上的状态的立体图；
图8是表示实施本发明的晶片分割方法中的断裂工序的分割装置的一个实施方式的立体图；
图9是本发明的晶片分割方法中的断裂工序的说明图；
图10是通过本发明的晶片分割方法分割的芯片的立体图；
图11是三点弯曲试验的说明图；
图12是表示将硅晶片分割的芯片的抗折强度试验结果的曲线图；
图13是表示将硅晶片沿形成了变质层的预定分割线断裂所需的应力的试验结果的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的晶片的分割方法的优选实施方式。
在图1中，表示根据本发明加工的晶片即半导体晶片的立体图。图1所示的半导体晶片2例如由厚度为50μm的硅晶片构成，在由表面2a上格子状地形成的多个预定分割线21划分的多个区域形成有作为功能元件的电路22。以下，说明将该半导体晶片2分割为各半导体芯片的分割方法。
要将半导体晶片2分割为各个半导体芯片，沿预定分割线21照射对晶片2来说具有透过性的脉冲激光束，实施在晶片2的内部沿预定分割线21形成变质层的变质层形成工序。该变质层形成工序使用图2至图4所示的激光加工装置3来实施。图2至图4所示的激光加工装置3包括：保持被加工物的卡盘台31；对该卡盘台31上保持的被加工物照射激光束的激光束照射部件32；以及拍摄卡盘台31上保持的被加工物的摄像部件33。卡盘台31构成为可吸引保持被加工物，通过未图示的移动机构，在图2中以箭头X表示的加工进给方向和以箭头Y表示的分度进给方向上移动。
上述激光束照射部件32包含实质上水平配置的圆筒形状的外壳321。在外壳321内图3所示地设置有脉冲激光束振荡部件322和传送光学系统323。脉冲激光束振荡部件322包括：由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光束振荡器322a、以及在其上附设的重复频率设定部件322b。传送光学系统323包含有光束分离器那样的合适的光学元件。在上述外壳321的前端部安装有聚光器324，该聚光器324收容了由自身为公知形态即可的透镜组构成的聚光透镜(未图示)。从上述脉冲激光束振荡部件322振荡的激光束通过传送光学系统323到达聚光器324，从聚光器324向上述卡盘台31上保持的被加工物，以预定的聚光点直径D照射。如图4所示，呈现高斯分布的脉冲激光束通过聚光器324的物镜324a照射的情况下，该聚光点直径D为D(μm)＝4×λ×f/(π×W)，其中，λ由脉冲激光束的波长(μm)规定，W由入射到物镜324a的脉冲激光束的直径(mm)规定，f由物镜324a的焦距(mm)来规定。
在构成上述激光束照射部件32的外壳321的前端部上安装的摄像部件33，在图示的实施方式中除了通过可见光拍摄的普通的摄像元件(CCD)以外，还包括：对被加工物照射红外线的红外线照明部件；捕捉由该红外线照明部件照射的红外线的光学系统；以及输出与由该光学系统捕捉的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等，将拍摄的图像信号传送到后述的控制部件。
有关用上述激光加工装置3实施的上述变质层形成工序，参照图2、图5和图6进行说明。
就实施变质层形成工序来说，首先在上述图2所示的激光加工装置3的卡盘台31上使背面2b侧朝上放地置半导体晶片2，在该卡盘台31上吸附保持半导体晶片2。吸附保持了半导体晶片2的卡盘台31通过未图示的移动机构而被定位在摄像元件33的正下方。
在卡盘台31被定位于摄像部件33的正下方时，通过摄像部件33和未图示的控制部件执行检测半导体晶片2的要进行激光加工的加工区域的对准作业。即，摄像部件33和未图示的控制部件执行图形匹配等的图像处理，用于进行半导体晶片2的预定方向上形成的预定分割线21、与沿预定分割线21照射激光束的激光束照射部件32的聚光器324的位置对准，并执行激光束照射位置的对准。此外，对于与半导体晶片2上形成的上述预定分割线21成直角地延长的预定分割线21，也同样地执行激光束照射位置的对准。此时，半导体晶片2形成有预定分割线21的表面2a位于下侧，但摄像部件33是如上述那样由包括红外线照明部件、捕捉红外线的光学系统及输出与红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成的摄像部件，所以可以从背面2b透过来拍摄预定分割线21。
如以上那样，检测出卡盘台31上保持着的半导体晶片2上形成的预定分割线21，如果已进行激光束照射位置的对准，则如图5的(a)所示，将卡盘台31移动到照射激光束的激光束照射部件32的聚光器324所在的激光束照射区域，使预定的预定分割线21的一端(在图5(a)中为左端)定位在激光束照射部件12的聚光器324的正下方。接着，从聚光器324照射对半导体晶片具有透过性的脉冲激光束，并且使卡盘台31即半导体晶片2在图5的(a)中由箭头X1表示的方向上以预定的加工进给速度移动。然后，如图5的(b)所示，当激光束照射部件32的聚光器324的照射位置到达预定分割线21的另一端(在图5的(b)中为右端)的位置时，停止脉冲激光束的照射，并且停止卡盘台31、即半导体晶片2的移动。在该变质层形成工序中，使半导体晶片2的厚度为(t)时，重要的是使脉冲激光束的聚光点P的位置位于距表面2a(下面)为0.2t～0.3t的位置。因此，在该实施方式中，由于半导体晶片2的厚度如上所述地是50μm，使脉冲激光束的聚光点P对准距半导体晶片2的表面2a(下面)为15μm～10μm上方的位置。其结果，在半导体晶片2的内部，从聚光点P的位置(距表面2a(下面)15μm～10μm上方的位置)到上方形成预定厚度的变质层210。该变质层210被形成为熔融再固化层。
上述变质层形成工序中的加工条件例如以下那样设定。
光源：LD激励Q开关Nd:YVO4激光器
波长：1064nm的脉冲激光
重复频率：100kHz
脉冲输出：2.5μJ
聚光点直径：φ1μm
加工进给速度：400mm/秒
在上述加工条件下半导体晶片2的内部形成的变质层210的厚度大致为10μm。因此，在半导体晶片2的厚度厚的情况下，如图6所示，使聚光点P对准已经形成的变质层210的上端并阶段性地变化，实施上述变质层形成工序。并且，重要的是层叠的变质层的上端位于距半导体晶片2的背面2b(上面)为0.2t～0.3t的位置。因此，在本实施方式中，半导体晶片2的厚度如上述那样为50μm，所以从半导体晶片2的背面2b(上面)到15μm～10μm下方位置为止形成变质层即可。
如果通过上述变质层形成工序在半导体晶片2的内部沿所有的预定分割线21形成了变质层210，则实施晶片支承工序，将晶片的一个面粘贴在环状的框架上安装的保护带的表面。即，如图7所示，以覆盖环状的框架4的内侧开口部的方式，在安装了外周部的保护带40的表面上粘贴半导体晶片2的背面2b。再有，上述保护带40在图示的实施方式中，在由厚度为70μm的聚氯乙烯(PVC)构成的片基材的表面上，涂敷有厚度为5μm左右的丙烯树脂类的粘接层。再有，晶片支承工序也可以在实施上述变质层形成工序前实施。
在实施完上述晶片支承工序时，对粘结于保护带40上的半导体晶片2赋予外力，实施沿着形成有变质层210的预定分割线210将半导体晶片2断裂为各个芯片的断裂工序。该断裂工序在图示的实施方式中利用图8所示的分割装置6来实施。图8所示的分割装置6具有：保持上述环状的框架4的框架保持部件61；以及将保持部件61上保持的环状框架4上安装的保护带40扩张的带扩张部件62。框架保持部件61包括环状的框架保持构件611、和该框架保持构件611的外周上设置的固定部件即多个夹具机构612。框架保持构件611的上面形成有放置环状的框架4的放置面611a，在该放置面611a上放置环状的框架4。而且，放置在放置面611a上的环状的框架4通过夹具机构612固定在框架保持构件611上。这样构成的框架保持部件61通过带扩张部件62被支承为在上下方向上可进退。
带扩张部件62具有上述环状的框架保持构件611的内侧设置的扩张圆筒621。该扩张圆筒621的内径比环状的框架4的内径小、外径比该环状的框架4上安装的保护带40上粘贴的半导体晶片2的外径大。此外，扩张圆筒621在下端具有支承凸缘622。图示的实施方式中的带扩张部件62具有使上述环状的框架保持构件611在上下方向上可进退的支承部件63。该支承部件63由设置于上述支承凸缘622上的多个气缸631构成，其活塞杆632被连结在上述环状的框架保持构件611的下面。这样，在放置面611a与扩张圆筒621的上端成为大致同一高度的基准位置、和距扩张圆筒621的上端位于预定量下方的扩张位置之间，由多个气缸631构成的支承部件63，使环状的框架保持构件611沿上下方向地移动。因此，由多个气缸631构成的支承部件63具有使扩张圆筒621和框架保持构件611在上下方向相对移动的扩张移动部件的功能。
参照图9说明关于利用上述那样构成的分割装置6实施的分割工序。即，将如图7所示地隔着保护带40支承着半导体晶片2(沿预定分割线21形成有变质层210)的环状的框架4，放置在如图9的(a)所示地构成框架保持部件61的框架保持构件611的放置面611a上，通过夹具机构612固定在框架保持构件611上。此时，框架保持构件611被定位于图9的(a)所示的基准位置。接着，使构成带扩张部件62的支承部件63即多个气缸631工作，从而使环状的框架保持构件611下降到图9的(b)所示的扩张位置。因此，被固定在环状的框架保持构件611的放置面611a上的环状的框架4也下降，所以如图9的(b)所示，使安装于环状的框架4上的保护带40扩张并与扩张圆筒621的上端边缘抵接。其结果，拉伸力放射状地作用于保护带40上粘贴的半导体晶片2。这样，在半导体晶片2上放射状地作用拉伸力时，由于沿着预定分割线21形成的变质层210的强度下降，所以半导体晶片2沿变质层210断裂，被分割为各半导体芯片20(断裂工序)。
再有，断裂工序除了上述断裂方法以外，可以采用以下的分割方法。
即，可以采用如下方法：将粘贴于保护带40上的半导体晶片2(沿预定分割线21形成有变质层210)放置在柔软的橡胶板上，利用辊子按压其上表面，由此沿形成变质层210并强度下降的预定分割线21来割断半导体晶片。此外，也可以采用例如沿着形成了变质层210并强度下降的预定分割线21，使由频率为28kHz左右的纵波(疏密波)构成的超声波作用的方法；沿着形成了变质层210并强度下降的预定分割线21，使按压构件作用的方法；或沿着形成了变质层210并强度下降的预定分割线21照射激光束而赋予热冲击的方法等。
如上述那样被分割为各自的半导体芯片20，如图10所示，在其侧面残留变质层210。但是，当半导体芯片20的厚度为(t)时，变质层210形成为从表面和背面分别保留厚度为0.2～0.3t的无变质区域，所以抗折强度不下降。此外，变质层210具有0.4～0.6t厚度，所以在上述断裂工序中，沿着变质层210可以容易且准确地断裂半导体晶片2。
实验例
将直径为200mm、厚度为50μm的硅晶片通过上述分割方法分割，制作了宽10mm、长13mm、厚度50μm的芯片。再有，在上述变质层形成工序中制作了如下五种芯片：硅晶片的内部形成的变质层的厚度为1t(无变质区域的厚度为0)、0.8t(无变质区域的厚度：分别为0.1t(5μm))、0.6t(无变质区域的厚度：分别为0.2t(10μm))、0.4t(无变质区域的厚度：分别为0.3t(15μm))、0.2t(无变质区域的厚度：分别为0.4t(20μm))。然后，对于每10个芯片，通过图11所示的三点弯曲试验法来测量抗折强度，求出其平均值的结果表示于图12。在图12中，横轴是无变质区域的厚度(μm)，纵轴是抗折强度(MPa)。再有，在图12中，◎标记表示如上述那样沿硅晶片的预定分割线21在内部形成变质层，并将该硅晶片分割为芯片后，刻蚀芯片的外周面来去除了变质层的芯片的抗折强度。
图13是表示为了分割为上述五种芯片，断裂形成了变质层的硅晶片所需的应力的图，横轴是无变质区域的厚度(μm)，纵轴是断裂应力(MPa)。
根据图12可知，从表面和背面分别保留0.2t(10μm)的无变质区域并形成厚度0.6t(30μm)的变质层的芯片的抗折强度为1200MPa，获得的强度比利用切削刀片断裂的芯片的抗折强度(750MPa)高。此外，从表面和背面分别保留0.3t(15μm)的无变质区域并形成了0.4t的厚度(20μm)的变质层的芯片的抗折强度为1500MPa，与从表面和背面分别保留0.4t(20μm)的无变质区域而形成了厚度0.2t(10μm)的变质层的芯片的抗折强度相等。该抗折强度(1500MPa)与刻蚀芯片的外周面而去除变质层的芯片的抗折强度(图12中为◎标记)大致相同。另一方面，将从表面和背面分别保留0.3t(15μm)的无变质区域而形成了厚度0.4t(20μm)的变质层的硅晶片断裂为芯片所需的应力为40Mpa，与此相对地，将从表面和背面分别保留0.4t(20μm)的无变质区域并形成了厚度0.2t(10μm)的变质层的硅晶片断裂为芯片所需的应力为70MPa。如果将晶片断裂为芯片所需的应力小于等于50MPa，则可以沿着形成有变质层的预定分割线准确地分割晶片，但断裂应力超过50MPa时，晶片产生裂纹，不能沿着预定分割线准确地分割。再有，从表面和背面分别保留小于等于0.1t(5μm)的无变质区域而形成了厚度大于等于0.8t(40μm)的变质层的芯片，断裂应力变小，可以沿着形成了变质层的预定分割线准确且容易地分割晶片，但芯片的抗折强度小于等于750MPa，成为强度不够。
再有，上述实验对厚度为100μm、150μm、200μm的硅晶片实施，但对于厚度为100μm的硅晶片，获得了与上述厚度为50μm的硅晶片大致相同的结果。但是，对于厚度为150μm、200μm的硅晶片，如果无变质区域分别大于等于0.2t，则沿着形成了变质层的预定分割线难以准确地分割晶片。
根据以上的实验结果，对于厚度小于等于100μm的晶片，从表面和背面分别保留0.2t～0.3t的无变质区域，并形成厚度0.4t～0.6t的变质层，由此，可以沿着形成了变质层的预定分割线准确地分割晶片，并且可以获得抗折强度高的芯片。
Claims (2)
1.一种晶片的分割方法，将晶片沿预定分割线分割为各芯片，该晶片在表面上格子状地形成有多个上述预定分割线，并且在由该多个预定分割线划分的多个区域形成了功能元件，其特征在于，该分割方法包括：
变质层形成工序，沿该预定分割线照射对晶片来说具有透过性的激光束，并在晶片的内部沿该预定分割线形成变质层；
晶片支承工序，在实施该变质层形成工序前或实施了该变质层形成工序后，在环状的框架上安装的保护带的表面粘贴晶片的一个面；以及
晶片断裂工序，对实施该变质层形成工序、并粘贴于该保护带上的晶片赋予外力，沿着形成了该变质层的该预定分割线将晶片断裂为各芯片，
设晶片的厚度为t时，该变质层形成工序从晶片的表面和背面分别保留厚度为0.2t～0.3t的无变质区域而形成变质层。
2.如权利要求1所述的晶片的分割方法，其特征在于，该晶片的厚度小于等于100μm。
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